EP0714485B1 - Leichtmetallkolben für hochbelastete verbrennungsmotoren - Google Patents

Leichtmetallkolben für hochbelastete verbrennungsmotoren Download PDF

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EP0714485B1 EP94918751A EP94918751A EP0714485B1 EP 0714485 B1 EP0714485 B1 EP 0714485B1 EP 94918751 A EP94918751 A EP 94918751A EP 94918751 A EP94918751 A EP 94918751A EP 0714485 B1 EP0714485 B1 EP 0714485B1
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a light metal piston for highly loaded Internal combustion engines according to the preamble of the claim 1.
  • the problem of the present invention is to be constructive easy way to find a piston where the stresses be kept low at the edge of the combustion chamber bowl without the stresses in the piston pin hubs increase unnecessarily increase.
  • the invention is based on a preferred, in the drawing illustrated embodiment explained in more detail.
  • a light metal piston 1 for an internal combustion engine in particular highly loaded diesel engine for a motor vehicle, consists in one piece of a piston head 2 and a piston skirt 3.
  • a piston crown 4 of the piston head 2 are an unreinforced combustion bowl 5 and annular grooves 6 are formed, the uppermost ring groove 6 with a ring carrier 7 is reinforced.
  • the piston skirt 3 are the piston pin hubs 8 integrated, for receiving a piston pin (not shown) have holes 9.
  • Each hole 9 is at its inner end 10 in a partial area X to the inner End widened (cambered), the curvature this expansion can be designed as a polygon.
  • the bore 9 has a cylindrical shape Area Y on.
  • each piston pin hub 8 is in the bore 9 one-sided, in the direction of the counter pressure side, one from inner end 10 of the bore 9 outgoing oblique pocket-shaped Recess (pocket 12) molded into the their height asymmetrical to the piston pin longitudinal axis lies its greatest depth at the inner end 10 of the bore 9 has and after about 2/3 of the length of the bore 9 in the Surface of the shaped bore 11 runs out.
  • a connection between the oblique pocket 12 and the piston outside End of the bore 9 forms a longitudinal piston pin running groove 13.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für hochbelastete Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen aus der Praxis bekannten Leichtmetallkolben sind - um die mechanischen, durch den Zünddruck hervorgerufenen Belastungen aushalten zu können - verschiedene Vorkehrungen getroffen worden, um einerseits insbesondere die Durchbiegung des Kolbenbolzens, die zu Rissen in den Kolbenbolzennaben führen kann, zu verringern und andererseits die Brennraummulde gegen Anrisse zu schützen. Hierzu werden derartige Leichtmetallkolben beispielsweise mit Buchsen in den Bohrungen der Kolbenbolzennaben und die Brennraummulde mit einer zusätzlichen Bewehrung versehen.
Aus der DE-PS 36 09 019 ist zur Vermeidung von Nabenanrissen bekannt, in die Nabenbohrungen jeweils beidseitig taschenförmige Ausnehmungen vom inneren Ende der Nabenbohrungen her einzubringen, die sich über eine gewisse Länge in Nabenbohrungslängsrichtung erstrecken. Eine Verbindung zwischen diesen Ausnehmungen und dem kolbenaußenseitigen Ende der Nabenbohrung wird durch entsprechende Nuten in den Nabenbohrungen sichergestellt.
Problem der vorliegenden Erfindung ist es, auf konstruktiv einfache Weise einen Kolben zu finden, bei dem die Spannungen am Rand der Brennraummulde niedrig gehalten werden, ohne dabei die Spannungen in den Kolbenbolzennaben unnötig zu erhöhen.
Gelöst wird dieses Problem mit einem Leichtmetallkolben mit den Merkmalen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Erfindung ist anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1
einen erfindungsgemäßen Leichtmetallkolben in Seitenansicht teilweise im Schnitt
Fig. 2
eine Draufsicht im Schnitt II-II nach Fig. 1
Ein Leichtmetallkolben 1 für einen Verbrennungsmotor, insbesondere hochbelasteter Dieselmotor für ein Kraftfahrzeug, besteht einstückig aus einem Kolbenkopf 2 und einem Kolbenschaft 3. In einem Kolbenboden 4 des Kolbenkopfes 2 sind eine unbewehrte Brennraummulde 5 sowie Ringnuten 6 eingeformt, wobei die oberste Ringnut 6 mit einem Ringträger 7 bewehrt ist. In den Kolbenschaft 3 sind die Kolbenbolzennaben 8 integriert, die zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht gezeichnet) Bohrungen 9 aufweisen. Jede Bohrung 9 ist an ihrem inneren Ende 10 in einem Teilbereich X zum inneren Ende hin aufgeweitet (bombiert), wobei die Krümmung dieser Aufweitung als Polygon ausgebildet sein kann. Der Übergang dieser Aufweitung in die Stirnfläche der Nabe erfolgt mit einem Radius von 3 mm, wobei die axiale Länge der Ausrundung in Kolbenbolzenlängsrichtung 1 mm bei einem Kolben mit einem Durchmesser von 80 mm beträgt. Außerdem ist die Bohrung 9 in einem Teilbereich Z als Formbohrung 11 ausgeführt, die sich in dem von außen nach innen verlaufenden, dem tragenden Bereich - der nach außen durch die Nut für den Sicherungsring des Kolbenbolzens begrenzt wird-entsprechenden Teilbereich Z von innen nach außen konisch aufweitet, z.B. trompetenförmig. Die Aufweitung (in der Zeichnung übertrieben groß dargestellt) erfolgt unter einem Winkel Alpha von 5 Minuten. Die Aufweitung, die sich in einem Winkel von 2 - 10 Minuten bewegen soll, kann auch stufenförmig erfolgen, wobei die Aufweitung im weiter innen liegenden Teilbereich Z der Formbohrung 11 einen kleineren Winkel als im weiter außen liegenden Bereich der Formbohrung 11 aufweisen soll.
Zwischen der sich nach außen konisch aufweitenden Formbohrung 11 im Teilbereich Z und der am inneren Ende 10 im Teilbereich X der Bohrung vorgesehenen Aufweitung (Bombierung) weist die Bohrung 9 einen zylindrisch verlaufenden Bereich Y auf.
Weiterhin ist in die Bohrung 9 jeder Kolbenbolzennabe 8 einseitig, und zwar in Richtung Gegendruckseite, eine vom inneren Ende 10 der Bohrung 9 ausgehende schräge taschenförmige Ausnehmung (Tasche 12) eingeformt, die bezüglich ihrer Höhenlage unsymmetrisch zur Kolbenbolzenlängsachse liegt, ihre größte Tiefe am inneren Ende 10 der Bohrung 9 aufweist und nach etwa 2/3 der Länge der Bohrung 9 in die Oberfläche der Formbohrung 11 ausläuft. Eine Verbindung zwischen der schrägen Tasche 12 und dem kolbenaußenseitigen Ende der Bohrung 9 bildet eine in Kolbenbolzenlängsache verlaufende Nut 13.
Mit einer derartigen Ausführung wird auf konstruktiv einfache Weise ein Leichtmetallkolben geschaffen, der durch die Kombination seiner Merkmale einen optimierten Kompromiß bezüglich ertragbarer Spannungen aufgrund erhöhten Zünddrucks für Muldenrand, Abstützung und Kolbenbolzennaben darstellt.

Claims (12)

  1. Leichtmetallkolben (1) für hochbelastete Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem den Kolbenboden (4) mit Brennraummulde (5) und die Ringnutenpartie (6) aufnehmenden Kolbenkopf (2) und einem Kolbenschaft (3) mit integrierten Kolbenbolzennaben (8), der durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist:
    a) die Brennraummulde (5) im Kolbenboden (4) ist unbewehrt
    b) die Bohrung (9) jeder Kolbenbolzennabe (8) ist wenigstens in einem Teilbereich X der gesamten Nabenbohrungslänge an ihrem inneren Ende (10) zum inneren Ende hin aufgeweitet (bombiert)
    c) die Bohrung (9) jeder Kolbenbolzennabe (8) ist als Formbohrung (11) ausgeführt, die sich wenigstens in einem von außen nach innen verlaufenden, dem tragenden Bereich entsprechenden Teilbereich Z der gesamten Nabenbohrungslänge von innen nach außen im wesentlichen konisch erweitert
    d) die Bohrung (9) jeder Kolbenbolzennabe (8) weist einseitig eine von ihrem inneren Ende (10) ausgehende schräge Tasche (12) auf
    e) der bei der Verbrennung entstehende Zünddruck ist größer als 120 bar.
  2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Krümmung der Aufweitung im Teilbereich X am inneren Ende (10) als Polygon ausgebildet ist.
  3. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bohrung (9) der Kolbenbolzennabe (8) im Teilbereich Z von innen nach außen trompetenförmig aufgeweitet ist.
  4. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bohrung (9) der Kolbenbolzennabe (8) im Teilbereich Z eine Aufweitung mit einem Winkel Alpha von 2-10 Minuten aufweist.
  5. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Aufweitung der Bohrung (9) der Kolbenbolzennabe (8) im Teilbereich Z stufenförmig erfolgt.
  6. Leichtmetallkolben nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Aufweitung der Bohrung (9) der Kolbenbolzennabe (8) im Teilbereich Z innen einen kleineren Winkel als die weiter außen gelegene Aufweitung aufweist.
  7. Leichtmetallkolben nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die im Teilbereich Z gelegene innere Aufweitung einen Winkel von 2 - 4 Minuten und die äußere Aufweitung einen Winkel von 5 - 10 Minuten aufweist.
  8. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Bohrung (9) zwischen der im wesentlichen sich konisch nach außen erweiternden Formbohrung (11) im Teilbereich Z und der an ihrem inneren Ende (10) im Teilbereich X vorgesehenen Aufweitung einen zylindrischen Bereich Y aufweist.
  9. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die einseitig schräge Tasche (12) in der Bohrung (9) der Kolbenbolzennabe (8) auf der Seite der Gegendruckrichtung liegt.
  10. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die größte Tiefe der schrägen Tasche (12) am inneren Ende (10) der Kolbenbolzennabe (8) liegt.
  11. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die schräge Tasche (12) unter einem Winkel von 2-5 Grad zu einer Ebene parallel zur Kolbenbolzenlängsachse eingeformt ist.
  12. Leichtmetallkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die schräge Tasche (12) bezüglich ihrer Höhenlage unsymmetrisch zur Kolbenbolzenlängsachse angeordnet ist.
EP94918751A 1993-08-18 1994-06-24 Leichtmetallkolben für hochbelastete verbrennungsmotoren Expired - Lifetime EP0714485B1 (de)

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